Heißfilm-Luftmassen-Durchflußmesser
kommen zum Beispiel in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, wie zum Beispiel
im Ansaug- bzw. im Ladetrakt der Verbrennungskraftmaschine. Beim
chemischen Vorgang der Verbrennung kommt es auf die Massenverhältnisse
von Kraftstoff und zur Verbrennung benötigter Luft in hohem Maße an. Daher
wird im Ansaugtrakt/Ladetrakt der Verbrennungskraftmaschine der Massendurchfluß der Ansaugluft/Ladeluft
bestimmt. Neben volumen- oder staudruckmessenden Verfahren kommen
auch den Massen-Durchfluß des
Luftstromes messende Verfahren zur Anwendung.Hot-film air mass flow meter
are used for example in motor vehicles, such as
in the intake or in the loading section of the internal combustion engine. At the
chemical process of combustion, it depends on the mass ratios
of fuel and air needed for combustion to a high degree. Therefore
is in the intake / loading of the internal combustion engine, the mass flow of the intake air / charge air
certainly. In addition to volume or pressure measuring methods come
also the mass flow of the
Air flow measuring method for use.
Im
Ansaugtrakt von Verbrennungskraftmaschinen werden heute zum Teil
auch nach dem thermischen Prinzip arbeitende mikromechanische Heißfilm-Luftmassen-Durchflußmesser
eingesetzt. Diese bauen sehr klein und beanspruchen wenig Bauraum. Heiz-
und Meßwiderstände sind
bei diesen sehr kleinbauenden Durchflußmessern als dünne Pt-Schichten
auf einem Chip, der aus Silicium bestehen kann und als Träger dient,
aufgebracht. Auf dem Chip wird bei solcherart ausgebildeten Durchflußmessern
zur thermischen Entkopplung ein mechanisch ausgedünnter Bereich
in Form einer Trägermembran
aufgebracht. Der Chip wird durch Zersägen eines Siliciumwafers hergestellt.
Der Chip umfaßt
einen Siliciumrahmen gegebenenfalls unter Ausbildung von Auflagern
und eine Meßmembran
mit Meßwiderständen und
Heizwiderständen.
Der mittlere Flächenbereich
der Membran stellt das Meßelement
dar.in the
Intake tract of internal combustion engines become part of today
also according to the thermal principle working micromechanical hot-film air mass flow meter
used. These build very small and take up little space. heating
and measuring resistors are
in these very small flowmeters as thin Pt layers
on a chip, which can consist of silicon and serves as a carrier,
applied. On the chip is in such trained flowmeters
for thermal decoupling a mechanically thinned area
in the form of a carrier membrane
applied. The chip is made by sawing a silicon wafer.
The chip includes
a silicon frame optionally with the formation of supports
and a measuring diaphragm
with measuring resistors and
Heating resistors.
The mean surface area
the membrane provides the measuring element
represents.
Ein
Heizwiderstand des Durchflußmessers wird
durch einen oder mehrere eng benachbart untergebrachte Heiztemperatursensoren
sowie einen Lufttemperatursensor, der sich in einem Randbereich des
Si-Chips mit größerer Materialstärke befindet, geregelt.
Bei diesen Heiß film-Luftmassen-Durchflußmessern
wird nicht der Heizstrom als Ausgangssignal genutzt, sondern die
von zwei Temperatursensoren festgestellte Temperaturdifferenz des
zu messenden gasförmigen
Mediums, wie zum Beispiel die Verbrennungsluft. Einer der Temperatursensoren
liegt vor, d.h. stromaufwärts
und einer der Temperatursensoren liegt hinter dem Heizwiderstand
in Strömungsrichtung
des zu messenden Gasstroms gesehen. Im Gegensatz zum Heizstrom gibt
diese Ausgangsgröße den Durchfluß vorzeichenrichtig
wieder, wenn auch in nicht linearer Weise. DE 29 27 378 C2 bezieht
sich auf eine Einrichtung zum frei brennen eines zu Messzwecken
dienenden Widerstandes. Ein beheizbares Element innerhalb einer
Verbrennungskraftmaschine ist als Hitzdraht bzw. als Hitzfilm ausgebildet
und wird über
ein Steuergerät
oder eine Steuereinrichtung periodisch intervallweise oder impulsweise
bestromt.A heating resistor of the flowmeter is controlled by one or more closely spaced heating temperature sensors and an air temperature sensor located in an edge region of the Si chip of greater material thickness. In these hot-film air mass flowmeters not the heating current is used as an output signal, but the temperature difference detected by two temperature sensors of the measured gaseous medium, such as the combustion air. One of the temperature sensors is present, ie upstream and one of the temperature sensors is located behind the heating resistor in the flow direction of the measured gas flow. In contrast to the heating current, this output signal returns the flow with the correct sign, albeit in a non-linear manner. DE 29 27 378 C2 refers to a device for free burning of a measuring purpose serving resistance. A heatable element within an internal combustion engine is designed as a hot wire or as a heat film and is periodically energized by means of a control device or a control device at intervals or in pulses.
Aus DE 38 72 715 D2 ist
ein auf Silizium basierender Massen-Luftstromsensor bekannt. Gemäß dieser
Lösung
ist ein Messelement in Form von Widerstandsfilmen auf dünnen Membranmaterialien aufgetragen,
welche schwingfähig
angeordnet sind.Out DE 38 72 715 D2 For example, a silicon-based mass airflow sensor is known. According to this solution, a measuring element in the form of resistance films is applied to thin membrane materials which are arranged to be oscillatable.
Aus JP 11287681 A ist
ein Ultraschall-Durchflussmesser bekannt. Mittels einer Durchflussmesseinrichtung
wird die Durchwanderungszeit einer Ultraschallwelle gemessen, innerhalb
der die Ultraschallwelle durch eine Messpassage eines Ultraschallsensors
hindurchtritt. Da sich die Durchwanderungszeit abhängig von
der Fliessgeschwindigkeit des zu messenden Fluides verhält, wird
innerhalb der Durchflussmesseinrichtung die Durchflussrate durch Bestimmung
der Fliessgeschwindigkeit des zu messenden Fluides und der Durchwanderungszeit
bestimmt und dieses mit einem Flächenanteil
der Messpassage multipliziert. Ein Steuerteil erzeugt ein Ausgangssignal
zu einer Schwingungssteuerungseinrichtung, welche eine Schwingeinrichtung
betätigt. Die
Schwingung eines Motors der Schwingeinrichtung wird an den Ultraschallsensor
durch die Messpassage übertragen.
Im Ultraschallsensor werden durch diese Vibrationen Staub- oder
Wassertröpfchen,
die sich auf dessen Oberfläche
befinden, abgeschüttelt,
so dass die Ablagerungen auf der Oberfläche des Ultraschallsensors
entfernt werden und die Durchflussmessung präziser und stabiler erfolgen kann.Out JP 11287681 A is an ultrasonic flowmeter known. By means of a flow measuring device, the passage time of an ultrasonic wave is measured within which the ultrasonic wave passes through a measuring passage of an ultrasonic sensor. Since the migration time is dependent on the flow rate of the fluid to be measured, the flow rate is determined by determining the flow rate of the fluid to be measured and the migration time within the flow measuring device and this multiplied by an area ratio of the measuring passage. A control part generates an output signal to a vibration control device which operates a swinging device. The vibration of a motor of the vibrating device is transmitted to the ultrasonic sensor through the measuring passage. In the ultrasonic sensor, these vibrations shake off dust or water droplets that are on its surface, so that the deposits on the surface of the ultrasonic sensor are removed and the flow measurement can be made more precise and stable.
Bei
Applikationen eines mikromechanischen Heißfilm-Luftmassen-Durchflußmessers
kann es unter bestimmten Umständen
zu einer Kontamination des Meßchips
mit Wasser, Staubpartikeln oder im Falle des Einsatzes an einer
Verbrennungskraftmaschine mit Motoröl kommen. Diese Kontaminationen können das
Meßsignal
des Sensorelementes so stark beeinflussen, daß es nicht mehr im Bereich
der spezifizierten Toleranzen liegt und ein vorzei tiger Austausch
des Meßelementes
oder des gesamten Gerätes
erforderlich werden kann. Bei beengten Bauraumverhältnissen
an Verbrennungskraftmaschinen, die zu einer geringen Entfernung
zwischen der Mündungsstelle
einer Kurbelgehäuseentlüftung in den
Ansaugtrakt und der Position des Heißfilm-Luftmassen-Messers führen, wird
versucht, eine Kontamination des Sensorelementes des Heißfilm-Luftmassen-Messers
durch anströmseitige
Abweisegitter und abströmseitige Ölkondensationsgitter
zu erreichen. Mit diesen Maßnahmen
läßt sich
zwar eine Robustheitssteigerung des Meßelementes des Heißfilm-Luftmassen-Messers
erreichen, die jedoch eine Kennliniendrift am Meßelement des Heißfilm-Luftmassen-Messers
aufgrund von Verschmutzung durch Ölbeaufschlagung nicht völlig auszuschließen vermag.at
Applications of a micromechanical hot film air mass flowmeter
It can be under certain circumstances
to a contamination of the measuring chip
with water, dust particles or if used on one
Internal combustion engine come with engine oil. These contaminations can do that
measuring signal
of the sensor element so strongly influence that it is no longer in the range
the specified tolerances and a premature replacement
of the measuring element
or the entire device
may be required. In confined space conditions
on internal combustion engines that are at a small distance
between the mouth
a crankcase ventilation in the
Intake tract and the position of the hot-film air mass meter is, is
attempts to contaminate the sensor element of the hot film air mass meter
by upstream
Deflector grille and downstream oil condensation grille
to reach. With these measures
let yourself
although a robustness increase of the measuring element of the hot-film air mass meter
achieve, however, a characteristic drift on the measuring element of the hot-film air mass meter
can not be completely ruled out due to contamination by oil.
Mit
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung einer
periodischen, intervallweise erfolgenden Bestromung eines Heizelementes
des Sensorelementes läßt sich
die als Träger
dienende Membran, wie zum Beispiel eine dielektrische Membran von Kontaminationen,
wie anhaftenden Staubpartikeln, Motorölrückständen, Wassertröpfchen und
dergleichen auf einfache Art und Weise reinigen, ohne daß es einer
separaten Reinigungsvorrichtung bedarf. Der auf dem Membranträger angeordnete
Meßchip und
damit auch das Messelement kann durch eine periodische Bestromung
des Heizelementes zu Schwingungen angeregt werden. Durch die bei
Aufgabe des Heizstromes erfolgende Temperaturerhöhung kommt es zu einer thermischen
Ausdehnung des sehr dünnen
Membrankörpers,
auf welchem die Meßelemente
(Widerstände)
angeordnet sind. Da die Membran auf dem Meßchip sehr dünn ist,
kann durch verschiedene Maßnahmen,
die mit ihrem inneren Aufbau zusammenhängen, eine kurz andauernde Wölbung dieser
Membran hervorgerufen werden. Eine Möglichkeit, eine kurz andauernde
Wölbung
der Membran herbeizuführen
besteht darin, daß die Membran
aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten
aufgebaut ist. Eine Temperaturänderung
wird bei einer solcherart aufgebauten Membran durch die Beheizung der
Widerstände
sofort zu einer lokalen Verwölbung führen. Da
das Membranmaterial sehr dünn
ausgebildet ist, weist es eine sehr kleine Wärmekapazität auf, so daß die Wölbung und
deren Zurückbildung sehr
schnell abläuft
und abhängig
von den Bestromungsintervallen und den Bestromungspausen der Bestromung
im Millisekundenbereich abläuft.With
the proposed solution according to the invention
periodic, intermittent energization of a heating element
the sensor element can be
as a carrier
serving membrane, such as a dielectric membrane of contaminants,
like adherent dust particles, engine oil residues, water droplets and
the like in a simple manner, without it one
requires separate cleaning device. The arranged on the membrane carrier
Measuring chip and
Thus, the measuring element can be replaced by a periodic current supply
of the heating element are excited to vibrate. By the at
Task of heating current temperature increase occurs, it comes to a thermal
Expansion of the very thin
Membrane body,
on which the measuring elements
(Resistors)
are arranged. Since the membrane on the measuring chip is very thin,
can by different measures,
which are related to their internal structure, a short-lasting curvature of these
Membrane are caused. One possibility, a short-lived one
bulge
bring about the membrane
is that the membrane
from several layers with different coefficients of thermal expansion
is constructed. A temperature change
is in such a constructed membrane by heating the
resistors
immediately lead to a local warping. There
the membrane material is very thin
is formed, it has a very small heat capacity, so that the curvature and
their regression very
runs fast
and dependent
from the energization intervals and the energization breaks of the energization
in the millisecond range expires.
Das
die Meßelemente
innerhalb eines Meßbereiches
aufnehmende Membranmaterial kann daneben auch mittels Ultraschallwellen
in Schwingungen angeregt werden, die mechanisch in das Membranmaterial
bzw. den Meßchip
eingekoppelt werden können.
Auch bei Einkopplung von Ultraschallwellen in das Sensorelement
bzw. dessen Meßchip
und Trägermaterial
läßt sich
ein Reinigungseffekt erzielen. Diese Ultraschallschwingungen können auch
durch separate Strukturen, die zusätzlich zu den Widerständen auf
dem Meßbereich
des Membranmaterials aufgebracht werden, angeregt werden. Dafür sind zum
Beispiel piezoelektrische Schichten geeignet.The
the measuring elements
within a measuring range
receiving membrane material can also by means of ultrasonic waves
be excited into vibrations that mechanically into the membrane material
or the measuring chip
can be coupled.
Also when coupling ultrasonic waves in the sensor element
or its measuring chip
and carrier material
let yourself
achieve a cleaning effect. These ultrasonic vibrations can also
due to separate structures in addition to the resistances
the measuring range
be applied to the membrane material, are excited. For that are to
Example suitable piezoelectric layers.
Die
erzeugte mechanische Ausdehnung des den Meßchip aufnehmenden Membranmaterials – hervorgerufen
durch periodische, intervallweise erfolgende Bestromung eines Heizelementes
oder sämtlicher
Leiterbahnen auf der Oberseite des Meßchips oder durch Einkopplung
oder interne Erzeugung von Ultraschallwellen – bewirkt eine Beschleunigung
des Membranmaterials mit darin aufgenommenen Meßwiderständen in Richtung der Oberflächennormalen. Beschleunigungen
in diese Richtung bewirken eine Ablösung anhaftender Verschmutzungen
vom Membranmaterial wie auch vom Bereich der Meßwiderstände. Durch die Reinigung des
Membranmaterials mit in diesem befestigtem Meßwiderständen wird über die Lebensdauer eines mikromechanischen Heißfilm-Luftmassensensors
gesehen die Abweichung des Meßsignales
deutlich reduziert. Die Verschmutzungsgeschwindigkeit des Meßchips auf
der Oberseite des Membranmaterials läßt sich erheblich herabsetzen,
wodurch ein frühzeitig
durchzuführender
Austausch des Luftmassen-Messers aufgrund der Drift, d.h. einer
Kennlinienverschiebung, vermieden werden kann.The
generated mechanical expansion of the measuring chip receiving membrane material - caused
by periodic, intermittent energization of a heating element
or all
Tracks on the top of the measuring chip or by coupling
or internal generation of ultrasonic waves - causes an acceleration
of the membrane material with measuring resistors received therein in the direction of the surface normal. accelerations
in this direction cause a detachment of adhering contaminants
from the membrane material as well as the range of the measuring resistances. By cleaning the
Membrane material with measuring resistors mounted in it will over the life of a micromechanical hot film air mass sensor
seen the deviation of the measured signal
significantly reduced. The contamination rate of the measuring chip
the top of the membrane material can be significantly reduced,
thereby getting one early
to be performed
Exchange of air mass meter due to drift, i. one
Characteristic shift, can be avoided.
Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.Based
In the drawings, the invention will be described below in more detail.
Es
zeigt:It
shows:
1 einen Schnitt durch einen
Heißfilm-Luftmassen-Durchflußmesser, 1 a section through a hot-film air mass flowmeter,
2 eine Ausführungsvariante
eines intervallweise bestrombaren Meßelementes, welches in einen
Heißfilm-Luftmassen-Messer
integriert ist und am Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine aufgenommen
ist und 2 a variant of an interval energisable measuring element, which is integrated in a hot-film air mass meter and is received at the intake of an internal combustion engine and
3 Bestromungsintervalle
und Bestromungspausen eines oder mehrerer bestrombarer Heizelemente
am Meßelement. 3 Energizing intervals and energizing pauses of one or more energized heating elements on the measuring element.
In
der Darstellung gemäß 1 ist ein Meßelement 1 dargestellt,
welches einen mikromechanischen Heißfilm-Luftmassen-Durchflußmesser
repräsentiert.
Das Meßelement 1 ist
der innere Bereich einer Membran 5, der auf der Oberfläche eines
Meßchips 26 aufgebracht
ist, wobei zwischen der Unterseite des Meßelementes 1 bzw.
von dessen Membranmaterial 5 und der Montageaufnahme 2 ein Schwingungen
ermöglichender
Freiraum ausgebildet ist. Der Meßchip 26 ist innerhalb
einer Montageaufnahme 2 angeordnet. Mit Bezugszeichen 4 ist
die senkrecht auf die Oberfläche
des Membranmaterials 5 errichtete Oberflächennormale
bezeichnet. Auf der Oberseite des Meßelementes 1, welches
einem durch den Pfeil 12 symbolisierten Gasstrom wie zum Beispiel
dem Ansaugluftmassenstrom für
eine Verbrennungskraftmaschine zugewandt ist, befindet sich ein
Heizwiderstand 6.In the illustration according to 1 is a measuring element 1 which represents a micromechanical hot-film air mass flowmeter. The measuring element 1 is the inner area of a membrane 5 which is on the surface of a measuring chip 26 is applied, wherein between the underside of the measuring element 1 or of its membrane material 5 and the mounting receptacle 2 a vibration-permitting free space is formed. The measuring chip 26 is inside a mounting receptacle 2 arranged. With reference number 4 is perpendicular to the surface of the membrane material 5 built called surface normal. On the top of the measuring element 1 which one by the arrow 12 symbolized gas flow, such as the intake air mass flow for an internal combustion engine, there is a heating resistor 6 ,
Der
Heizwiderstand 6 kann über
ein Steuergerät 20,
welches mit einer extern angeordneten Spannungsquelle, wie zum Beispiel
der Fahrzeugbatterie in Verbindung steht, mit Spannung versorgt werden.
Beiderseits des Heizwiderstandes 6 innerhalb des Meßelementes 1 sind
ein erster Heiztemperatursensor 7 sowie ein zweiter Heiztemperatursensor 8 aufgenommen.
Zur möglichst
genauen Erfassung der erzielten Heiztemperatur, die im Betrieb des Durchflußmessers
auf Temperaturen von über
180°C über der
Temperatur der angesaugten Luft erhitzt werden können, bis hin zu Maximalwerten
von ca. 300°C
sind der erste Heiztemperatursensor 7 sowie der zweite
Heiztemperatursensor 8 möglichst nah benachbart zum
Heizwiderstand 6 des Meßelementes 1 angeordnet.
Die erzielte Heiztemperatur wird demnach stromauf in Bezug auf die
Position des Heizwiderstandes 6 und stromab in Bezug auf
die Position des Heizwiderstandes 6 des Meßelementes 1 aufgenommen.
In einem etwas größer bemessenen
Abstand sind beidseits der ersten und zweiten Heiztemperaturen 7 bzw. 8 Temperatursensoren 10 bzw 11 angeordnet.
Analog zur Anordnung der Heiztemperaturen 7 bzw. 8 befindet
sich einer der Temperatursensoren 10 stromauf in Bezug
auf die Position des Heizwiderstandes 6, während der
andere der Temperatursensoren 11 stromab des Heizwiderstandes 6 angeordnet
ist. Darüber
hinaus umfaßt
das Meßelement 1 einen
an der dem zu messenden Luftmassenstrom 12 zugewandten
Seite des Membranmaterials 5 angeordneten Lufttemperatursensor 9.The heating resistor 6 can via a control unit 20 which is supplied with voltage from an external power source, such as the vehicle battery. On both sides of the heating resistor 6 within the measuring element 1 are a first heating tempe ratursensor 7 and a second heating temperature sensor 8th added. For the most accurate detection of the achieved heating temperature, which can be heated in the operation of the flow meter to temperatures of about 180 ° C above the temperature of the intake air, up to maximum values of about 300 ° C are the first heating temperature sensor 7 and the second heating temperature sensor 8th as close as possible to the heating resistor 6 of the measuring element 1 arranged. The achieved heating temperature is thus upstream in relation to the position of the heating resistor 6 and downstream with respect to the position of the heating resistor 6 of the measuring element 1 added. In a slightly larger distance are on both sides of the first and second heating temperatures 7 respectively. 8th temperature sensors 10 respectively 11 arranged. Analogous to the arrangement of the heating temperatures 7 respectively. 8th is one of the temperature sensors 10 upstream with respect to the position of the heating resistor 6 while the other of the temperature sensors 11 downstream of the heating resistor 6 is arranged. In addition, the measuring element comprises 1 one at the air mass flow to be measured 12 facing side of the membrane material 5 arranged air temperature sensor 9 ,
Das
Membranmaterial 5, in welchem der Heizwiderstand 6,
der erste Heiztemperatursensor 7 sowie der zweite Heiztemperatursensor 8 aufgenommen
sind, kann in unterschiedlicher Materialstärke – wie in 1 dargestellt – ausgebildet sein; daneben läßt sich
das Membranmaterial 5 (vgl. 2)
auch in einer durchgängigen,
gleichmäßigen ersten
Materialstärke 15 ausbilden.The membrane material 5 in which the heating resistor 6 , the first heating temperature sensor 7 and the second heating temperature sensor 8th can be recorded in different material thickness - as in 1 shown - be formed; next to it, the membrane material can be 5 (see. 2 ) also in a continuous, uniform first material thickness 15 form.
Während der
Heizwiderstand 6 sowie die benachbart zu diesem angeordneten
Heiztemperatursensoren 7 bzw. 8 und die in einem
weiteren Abstand zu diesem angeordneten Temperatursensoren 10 bzw. 11 in
einem Bereich des Membranmaterials 5 aufgenommen sind,
der in einer höheren,
zweiten Materialstärke 16 ausgebildet
ist, hat das Membranmaterial 5, welches zum Beispiel aus
einem dielektrischen Werkstoff gefertigt sein kann, zwischen seinen Abstützflächen 17 bzw. 18 an
der Montageaufnahme 2 eine erste Materialstärke 15,
die deutlich geringer ist als die zweite Materialstärke 16 im
Bereich des Heizwiderstandes 6, der ersten und zweiten
Heiztemperatursensoren 7 bzw. 8 sowie der Temperatursensoren 10 bzw. 11,
die in Bezug auf den Heizwiderstand 6 stromab und stromauf
an der Oberfläche
des Membranmaterials 5 angeordnet sind.While the heating resistor 6 and the adjacent thereto arranged heating temperature sensors 7 respectively. 8th and the temperature sensors arranged at a further distance therefrom 10 respectively. 11 in a region of the membrane material 5 are included, in a higher, second material thickness 16 is formed, has the membrane material 5 , which may be made of a dielectric material, for example, between its support surfaces 17 respectively. 18 at the mounting receptacle 2 a first material thickness 15 , which is significantly lower than the second material thickness 16 in the area of the heating resistor 6 , the first and second heating temperature sensors 7 respectively. 8th and the temperature sensors 10 respectively. 11 related to the heating resistor 6 downstream and upstream of the surface of the membrane material 5 are arranged.
Der
Freiraum 3 zwischen der Montageaufnahme 2 des
Membranmaterials 5 ermöglicht
dessen Auslenkung in Richtung der Oberflächennormalen 4 des
Membranmaterials 5 bei periodischer, intervallweise erfolgender
Bestromung der Leiterbahnelemente 6, 7, 8 bzw. 10 und 11,
die in einem Bereich mit zweiter Materialstärke 16 des Membranmaterials 5 angeordnet
sind. Darüber
hinaus kann auf der Oberseite des Membranmaterials 5 an
der dem zu messenden Luftmassenstrom 12 zuweisenden Seite
eine sensoreigene Schaltung 22a, 22b aufgenommen sein.
Während
mit Bezugszeichen 22a eine sensoreigene Schaltung bezeichnet
ist, die auf der Oberseite des Membranmaterials 5 angeordnet
ist, kann die sensoreigene Schaltung 22b auch abgesetzt
vom Membranmaterial 5 angeordnet werden.The open space 3 between the mounting receptacle 2 of the membrane material 5 allows its deflection in the direction of the surface normal 4 of the membrane material 5 in the case of periodic, intermittent energization of the conductor track elements 6 . 7 . 8th respectively. 10 and 11 in an area of second material thickness 16 of the membrane material 5 are arranged. In addition, on the top of the membrane material 5 at the air mass flow to be measured 12 assigning side of a sensor-own circuit 22a . 22b be included. While with reference numerals 22a a sensor-own circuit is called, on the top of the membrane material 5 is arranged, the sensor's own circuit 22b also deposited from the membrane material 5 to be ordered.
Über das
Steuergerät 20,
welches mit einer externen Spannungsversorgung in Verbindung steht und
einen Ein-/Ausschalter 21 enthält, ist eine periodische, intervallweise
erfolgende Bestromung des Heizwiderstandes 6 bzw. der Temperatursensoren 6, 7 bzw. 10, 11 möglich. Dabei
kann eine periodische, intervallweise erfolgende Bestromung sowohl
nur des Heizelementes 6 erfolgen, als auch eine periodische,
intervallweise erfolgende Bestromung aller über Leiterbahnen an der Oberfläche des
Membranmaterials 5 mit Spannung versorgbaren Temperaturfühler 7, 8 bzw. 10 und 11.
Eine periodische, intervallweise erfolgende Bestromung der Leiterbahnelemente 6, 7, 8 bzw. 10 und 11 kann
beispielsweise über
sequentielles Ein- und Ausschalten des Ein-/Ausschalters 21 am
Steuergerät 20 erfolgen. Dadurch
werden die in das Membranmaterial 5 an dessen Oberseite
aufgebrachten, mit Spannung beaufschlagbaren Elemente, d.h. der
Heizwiderstand 6 bzw. der Heiztemperatursensoren 7 und 8 sowie
die Temperatursensoren 10 und 11 mit periodisch
sich ändernder
Spannung beaufschlagt. Die auf das Membranmaterial 5 aufgebrachten,
mit Spannung beaufschlagbaren Elemente wie Heizwiderstand 6 sowie
die Heiztemperatursensoren 7 und 8 und die Temperatursensoren 10 und 11 können zum
Beispiel über
einen Sputterprozeß aufgebracht
werden.About the control unit 20 , which is connected to an external power supply and an on / off switch 21 contains, is a periodic, intermittent energization of the heating resistor 6 or the temperature sensors 6 . 7 respectively. 10 . 11 possible. In this case, a periodic, intermittent energization of both only the heating element 6 take place, as well as a periodic, intermittent energization of all over printed conductors on the surface of the membrane material 5 energized temperature sensor 7 . 8th respectively. 10 and 11 , A periodic, intermittent energization of the conductor track elements 6 . 7 . 8th respectively. 10 and 11 can, for example, via sequential switching on and off of the on / off switch 21 at the control unit 20 respectively. As a result, in the membrane material 5 applied to the top, energized elements, ie the heating resistor 6 or the heating temperature sensors 7 and 8th as well as the temperature sensors 10 and 11 subjected to periodically changing voltage. The on the membrane material 5 applied, energized elements such as heating resistor 6 and the heating temperature sensors 7 and 8th and the temperature sensors 10 and 11 can be applied, for example, via a sputtering process.
Neben
einem sequentiell erfolgenden Ein- bzw. Ausschalten über den
Ein-/Ausschalter des Steuergerätes 20 kann
eine periodische, intervallweise erfolgende Bestromung der aufgedampften
Leiterbahnelemente 6, 7, 8 bzw. 10 und 11 dadurch
erreicht werden, daß mittels
eines am Steuergerät 20 angeordneten
Spannungsmodulators eine periodische, intervallweise erfolgende
Bestromung erreicht wird. Über
das Steuergerät 20 können die
Leiterbahnelemente 6, 7, 8 bzw. 10 und 11 an
der Oberseite des Meßelementes 1 entweder
einzeln oder gruppenweise mit Spannung versorgt werden, so daß die periodische,
intervallweise erfolgende Bestromung auf verschiedene Bereiche des
in der zweiten Materialstärke 16 ausgebildeten
Membranmaterials 5 begrenzt bzw. erweitert werden kann.
Anstelle des Spannungsmodulators 23 kann innerhalb des
Steuergerätes 20 ein
Frequenzmodulator 24 vorgesehen werden, mit dem ebenfalls
eine periodische, intervallweise erfolgende Bestromung der Leiterbahnelemente 6, 7, 8 bzw. 10 und 11 an
der Oberseite des Membranmaterials 5 erreicht werden kann.In addition to a sequential on or off via the on / off switch of the control unit 20 can periodic, intermittent energization of the vapor-deposited conductor elements 6 . 7 . 8th respectively. 10 and 11 be achieved by means of a control unit 20 arranged voltage modulator periodic intermittent energization is achieved. About the control unit 20 can the trace elements 6 . 7 . 8th respectively. 10 and 11 at the top of the measuring element 1 be supplied either individually or in groups with voltage, so that the periodic, intermittent power application to different areas of the second material thickness 16 trained membrane material 5 can be limited or extended. Instead of the voltage modulator 23 can be inside the control unit 20 a frequency modulator 24 be provided, with the also a periodic, intermittently taking place energizing the conductor elements 6 . 7 . 8th respectively. 10 and 11 at the top of the membrane material 5 can be achieved.
Die
in der 1 innerhalb des
Steuergerätes 20 angeordneten
Bauteile, nämlich
der Spannungsmodulator 23 bzw. der Frequenzmodulator 24,
lassen sich auch in der sensoreigenen Schaltung 22a, 22b an
der Oberseite des Membranmaterials 5 im Bereich des ersten
Auflagers bzw. des zweiten Auflagers integrieren oder abgesetzt
daneben unterzubringen (vgl. Position 22b in 1). In einer Ausgestaltungsvariante
des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahrens kann die sensoreigene Schaltung 22 so beschaffen
sein, daß in
ihr ein Timer integriert ist, mit welchem eine periodische, intervallweise
erfolgende Bestromung eines oder mehrerer der Bauelemente 6, 7, 8 bzw. 10 und 11 des
Meßelementes 1 erzielt werden
kann. Eine Schwingungsanregung des Membranmaterials 5 kann
somit in zyklischen, vorwählbaren
Abständen
erfolgen, um Kontaminierungen von der dem zu messenden Luftmassenstrom 11 zuweisenden
Seite des Membranmaterials 5 und damit von der Oberfläche des
Meßelementes 1 zu
entfernen.The in the 1 within the control unit 20 arranged components, namely the voltage modulator 23 or the frequency modulator 24 , can also be in the sensor's own circuit 22a . 22b at the top of the membrane material 5 to be integrated in the area of the first support or the second support or placed separately next to it (see position 22b in 1 ). In an embodiment variant of the method proposed according to the invention, the sensor's own circuit 22 be such that in her a timer is integrated with which a periodic, intermittent power supply of one or more of the components 6 . 7 . 8th respectively. 10 and 11 of the measuring element 1 can be achieved. A vibration excitation of the membrane material 5 can thus take place in cyclical, preselectable intervals to contamination of the air mass flow to be measured 11 assigning side of the membrane material 5 and thus of the surface of the measuring element 1 to remove.
Der
erste Heiztemperatursensor 7 sowie der zweite Heiztemperatursensor 8 können beispielsweise
als Leiterbahnen innerhalb des Meßelementes 1 ausgebildet
werden, die einen temperaturabhängig sich ändernden
Ohm'schen Widerstand
aufweisen. Der erste Heiztemperatursensor 7 und der zweite Heiztemperatursensor 8 sind
eng benachbart zum Heizwiderstand 6 des Meßelementes 1 angeordnet. Im
Betrieb, d.h. bei einer Spannungsversorgung des Heizwiderstandes 6 des
Meßelementes 1 erreicht der
Heizwiderstand 6 eine Temperatur von 180°C über der
Temperatur des angesaugten Luftmassenstromes 12. In der
Spitze werden am Heizwiderstand 6 Temperaturen von ca.
300°C erreicht. Über eine
periodische, intervallweise erfolgende Bestromung eines, mehrerer
oder aller als Leiterbahnen mit temperaturabhängigem Ohm'schen Widerstand ausgebildeten Komponenten
kann eine thermische Ausdehnung des in den Bereichen beidseits des
Meßelementes 1 in
einer ersten, sehr dünnen
Materialstärke 15 ausgeführten Membranmaterials 5 erreicht
werden. Durch unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten
innerhalb eine geschichteten Aufbaus des Membranmaterials 5 sind
lokale Wölbungsänderungen
zwischen der Membranoberseite und den dort angeordneten bestrombaren
Heizelementen 6, 7, 8, 10, 11 gegenüber der
Membranunterseite möglich.
Es stellt sich demzufolge eine Wölbung
bzw. eine Auslenkung des Membranmaterials 5 in Richtung
der Oberflächennormalen 4 ein.
Beim Ausschalten der Spannungsversorgung zu einem oder mehreren
der als Leiterbahnen mit temperaturabhängigen Ohm'schen Widerstand ausgebildeten Bauelemente 6, 7, 8 bzw. 10 und 11 bildet
sich die Wölbung
sofort wieder zurück.
Aufgrund der geringen Wärmekapazität des Membranmaterials 5 in
seinen Bereichen mit sehr dünner
Materialstärke 15 verlaufen
die Auslenkungen des Membranmaterials 5 in Richtung der Oberflächennormalen 4 sehr
schnell, d.h. im Bereich von Millisekunden ab. Dadurch werden mit
Bezugszeichen 19 angedeutete Beschleunigungen in Richtung
der Oberflächennormalen 4,
die auf die Oberseite des Membranmaterials 5 errichtet
wurde, erzielt.The first heating temperature sensor 7 and the second heating temperature sensor 8th can, for example, as traces within the measuring element 1 be formed, which have a temperature-dependent changing ohmic resistance. The first heating temperature sensor 7 and the second heating temperature sensor 8th are closely adjacent to the heating resistor 6 of the measuring element 1 arranged. In operation, ie with a power supply of the heating resistor 6 of the measuring element 1 reaches the heating resistor 6 a temperature of 180 ° C above the temperature of the sucked air mass flow 12 , In the top are at the heating resistor 6 Temperatures of about 300 ° C reached. A thermal expansion of the in the regions on both sides of the measuring element can be effected by way of a periodic energization of one, several or all components designed as conductor tracks with temperature-dependent ohmic resistance 1 in a first, very thin material thickness 15 executed membrane material 5 be achieved. By different coefficients of thermal expansion within a layered structure of the membrane material 5 are local curvature changes between the top of the membrane and there arranged energizable heating elements 6 . 7 . 8th . 10 . 11 opposite the diaphragm underside possible. As a result, there is a curvature or a deflection of the membrane material 5 in the direction of the surface normal 4 one. When switching off the power supply to one or more of the form of conductor tracks with temperature-dependent ohmic resistance components 6 . 7 . 8th respectively. 10 and 11 The vault forms immediately back. Due to the low heat capacity of the membrane material 5 in its areas with very thin material thickness 15 the deflections of the membrane material run 5 in the direction of the surface normal 4 very fast, ie in the range of milliseconds. Thereby are denoted by reference numerals 19 indicated accelerations in the direction of the surface normal 4 on the top of the membrane material 5 was built.
Aufgrund
der periodischen, intervallweise erfolgenden Bestromung des Heizwiderstandes 6 sowie
eines oder mehrerer der als Leiterbahnen mit temperaturabhängigem Ohm'schen Widerstand
ausgebildeten Bauelemente 7, 8 bzw. 10 und 11 stellen sich
am Membranmaterial 5 im Bereich mit der Materialstärke 15 periodische
Schwingungen ein. Aufgrund der sich einstellenden Beschleunigungen 19 in Richtung
der Oberflächennormalen 4 auf
das Membranmaterial 5 bewirkt die Auslenkung des Membranmaterials 5 eine
Ablösung
von Verschmutzungen. Durch eine Auslenkung des Membranmaterials 5 können anhaftende
Schmutzpartikel bzw. Motorölrückstände oder
Wasserströpfchen
abgelöst
werden und durch den das Meßelement 1 passierenden
Luftmassenstrom 12 abgeführt werden.Due to the periodic, intermittent energization of the heating resistor 6 and one or more of the components designed as conductor tracks with temperature-dependent ohmic resistance components 7 . 8th respectively. 10 and 11 stand on the membrane material 5 in the area with the material thickness 15 periodic oscillations. Due to the adjusting accelerations 19 in the direction of the surface normal 4 on the membrane material 5 causes the deflection of the membrane material 5 a detachment of dirt. By a deflection of the membrane material 5 Adhesive dirt particles or motor oil residues or water droplets can be detached and through the measuring element 1 passing air mass flow 12 be dissipated.
In
einer weiterführenden
Ausführungsvariante
kann das komplette Aufheizen sowohl der als Leiterbahnen mit temperaturabhängigem Ohm'schen Widerstand
ausgebildeten Tempe ratursensoren 7, 8 bzw. 10 und 11 sowie
die Spannungsversorgung des Heizwiderstandes 6 über eine
sensoreigene Schaltung 22 initiiert werden. Die sensoreigene
Schaltung 22 wird im Steuergerätenachlauf aktiviert, d.h.
nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine und der mit dem
Abstellzeitpunkt beginnenden Abkühlphase
im Ansaugtrakt. Die sensoreigene Schaltung 22a bzw. 22b kann
im Luftmassen-Messer innerhalb eines separaten Schaltungsraumes
untergebracht sein und dient zum Betrieb des Heizers und zur Verstärkung von
Temperaturdifferenzsignalen, die dem Luftmassenstromsignal während des
Betriebes der Verbrennungskraftmaschine entsprechen. Nach dem Abschalten
der Verbrennungskraftmaschine ist das kombinierte, zentrale Zündungs-
und Einspritzsteuergerät
noch in Betrieb und wickelt verschiedene Aufgaben ab. Es bleibt
dazu noch eine gewisse Zeit nach Abschalten mit dem Zündschlüssel in
Betrieb. Diese Zeitspanne kann sich von einigen Sekunden bis zu
mehreren Minuten erstrecken. Der Luftmassen-Messer kann in diesem
Zeitraum – initiiert
durch das Motorsteuergerät – ebenfalls
in Betrieb gehalten werden und innerhalb eines Reinigungsmodus' seine interne Reinigungsschaltung
aktivieren.In a further embodiment variant, the complete heating of both designed as printed conductors with temperature-dependent ohmic resistance Tempe ratursensoren 7 . 8th respectively. 10 and 11 as well as the voltage supply of the heating resistor 6 via a sensor-own circuit 22 be initiated. The sensor's own circuit 22 is activated in the control unit tracking, ie after switching off the internal combustion engine and the beginning of the Abstellzeitpunkt cooling phase in the intake. The sensor's own circuit 22a respectively. 22b can be housed in the air mass meter within a separate circuit space and serves to operate the heater and to amplify temperature difference signals corresponding to the air mass flow signal during operation of the internal combustion engine. After switching off the internal combustion engine, the combined, central ignition and injection control unit is still in operation and handles various tasks. It remains for a certain time after switching off with the key in operation. This period of time can range from a few seconds to several minutes. The air mass meter can also be kept in operation during this period - initiated by the engine control unit - and activate its internal cleaning circuit within a cleaning mode.
Eine
Periodizität
der Spannungsversorgung kann – wie
bereits angesprochen – durch
einen Spannungsmodulator 23 innerhalb des Steuergerätes 20 bzw.
innerhalb der sensoreigenen Schaltung 22 herbeigeführt werden.
Eine Periodizität
der Spannungsversorgung kann gleichfalls über einen im Steuergerät 20 bzw.
der sensoreigenen Schaltung 22 aufgenommenen Frequenzmodulator 24 erreicht werden.
Beiden Implementierungsmöglichkeiten
gemeinsam ist der Umstand, daß sich
durch periodische, intervallweise erfolgende Bestromung des Heizwiderstandes 6 bzw.
der Temperaturerfassungselemente 7, 8 bzw. 10 und 11,
die als Leiterbahnen aus einem Material mit temperaturabhängigem Ohm'schen Widerstand
gefertigt sind, Temperatursprünge
im Millisekundenbereich ermöglichen
lassen. Aufgrund der auf diese Weise erzielten Temperatursprünge im Membranmaterial 5,
insbesondere in dessen Bereich, der in der dünnen, ersten Materialstärke 15 ausgebildet
ist, können
Anregungsfrequenzen des Membranmaterials 5 erreicht werden,
die im Bereich von einigen hundert Hertz liegen. Insbesondere lassen
sich Temperatursprünge
erreichen, die im Millisekundenbereich liegen, d.h. eine Auslenkung des
Membranmaterials 5 in Richtung der auf dieses errichteten
Oberflächennormalen 4 erfolgt
innerhalb von Sekundenbruchteilen, ebenso wie die Rückstellung
des dünnen
Membranmaterials 5 aus seiner ausgelenkten Lage in seine
ursprüngliche
Lage bei Abschaltung der periodischen, intervallweise erfolgende
Bestromung. Die größte Schwingungsamplitude,
der die Membrane ausgesetzt werden kann, liegt im Bereich der Resonanzfrequenz
des Membranmaterials 5 bei etwa 200 kHz.A periodicity of the voltage supply can - as already mentioned - by a voltage modulator 23 within the control unit 20 or within the sensor's own circuit 22 be brought about. A periodicity of the power supply can also via a in the control unit 20 or the sensor's own circuit 22 recorded frequency modulator 24 be achieved. Both implementation options ge Common is the fact that by periodic, intermittent energization of the heating resistor 6 or the temperature sensing elements 7 . 8th respectively. 10 and 11 , which are made as conductor tracks of a material with temperature-dependent ohmic resistance, allow temperature jumps in the millisecond range. Due to the temperature jumps in the membrane material achieved in this way 5 , especially in its area, in the thin, first material thickness 15 is formed, excitation frequencies of the membrane material 5 be reached, which are in the range of a few hundred hertz. In particular, temperature jumps can be achieved which are in the millisecond range, ie a deflection of the membrane material 5 in the direction of the surface normal built on this 4 occurs within fractions of a second, as well as the recovery of the thin membrane material 5 from its deflected position in its original position when switching off the periodic, intermittent power supply. The greatest vibration amplitude that can be exposed to the membrane is in the range of the resonance frequency of the membrane material 5 at about 200 kHz.
Mit
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Reinigungsverfahren
unter Applikation einer periodischen, intervallweise erfolgenden
Bestromung eines Heizwiderstandes 6 bzw. von Temperatursensoren 7 bzw. 8 und 10 bzw. 11,
die als Leiterbahnen mit temperaturabhängigem Ohm'schen Widerstand ausgebildet sind, läßt sich
eine Reinigung eines Meßelementes 1 von
Staubpartikeln, Motorölrückständen bzw.
Wassertröpfchen,
wenn dieses im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine zum Einsatz kommt,
erzielen. Mit einer auf diese Weise vorgenommenen Reinigung läßt sich über die
Lebensdauer des Luftmassen-Messers gesehen, die Abweichung des Meßsignals
deutlich reduzieren. Da sich die Verschmutzungsgeschwindigkeit unter
Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahrens erheblich herabsetzen läßt, kann ein frühzeitiger Austausch
des Luftmassen-Messers vermieden werden.With the cleaning method according to the invention proposed by applying a periodic, intermittent energization of a heating resistor 6 or of temperature sensors 7 respectively. 8th and 10 respectively. 11 , Which are formed as conductor tracks with temperature-dependent ohmic resistance, can be a cleaning of a measuring element 1 of dust particles, engine oil residues or water droplets when this is used in the intake tract of an internal combustion engine to achieve. With a cleaning carried out in this way can be seen over the life of the mass air knife, significantly reduce the deviation of the measured signal. Since the fouling rate can be significantly reduced using the method proposed by the invention, an early replacement of the mass air knife can be avoided.
2 ist eine Ausführungsvariante
eines bestrombaren Meßelementes
zu entnehmen, welches – in
einen Heißfilm-Luftmassen-Messer
integriert – im Ansaugtrakt
einer Verbrennungskraftmaschine aufgenommen ist. 2 is to take a variant of an energizable measuring element, which - is integrated in a hot-film mass air knife - added to the intake of an internal combustion engine.
Ein
Ansaugtrakt 30 einer Verbrennungskraftmaschine ist in der
Darstellung gemäß 2 schematisch als Ausschnitt
einer Ansaugrohrleitung dargestellt. An dieser ist ein Heißfilm-Luftmassen-Messer 31 aufgenommen,
der ein integriertes Steuergerät 20 mit
einer sensoreigenen Schaltung 22 umfaßt. Am unteren Ende des Steuergerätes 20 ist
die Montageaufnahme 2 aufgenommen, an welchem das Meßelement 1 aufgenommen
ist. Die das Meßelement 1 umströmende Ansaugluftströmung ist
mit Bezugszeichen 32 versehen.An intake tract 30 an internal combustion engine is in the illustration according to 2 schematically shown as a section of an intake pipe. At this is a hot-film mass air knife 31 included, which is an integrated control unit 20 with a sensor-own circuit 22 includes. At the bottom of the control unit 20 is the mounting receptacle 2 recorded, on which the measuring element 1 is included. The measuring element 1 flowing around intake air flow is denoted by reference numerals 32 Mistake.
An
einer Anströmseite 34 des
hier rohrförmig dargestellten
Ansaugtraktes 30 ist eine Gitterstruktur 33 aufgenommen.
Am hier nicht dargestellten abströmseitigen Querschnitt 35 des
rohrförmig
konfigurierten Ansaugtraktes 30 kann ebenfalls ein der
Gitterstruktur 33 entsprechendes Einsatzelement in den Strömungsquerschnitt
des Ansaugtraktes 30 eingelassen sein.On an inflow side 34 of the here shown intake manifold 30 is a lattice structure 33 added. At the downstream cross section, not shown here 35 of the tube-shaped intake tract 30 can also be one of the grid structure 33 corresponding insert element in the flow cross-section of the intake tract 30 be admitted.
Oberhalb
der in 2 wiedergegebenen Darstellung
des im wesentlichen rohrförmig
ausgebildeten Ansaugtraktes 30 der Verbrennungskraftmaschine
ist das Meßelement 1 in
erheblich vergrößertem Maßstab wiedergegeben.
Mit Bezugszeichen 36 ist die Heizzone bezeichnet, die zwischen
einem ersten Heiztemperatursensor 7 und einem weiteren Heiztemperatursensor 8 liegt.
In Bezug auf die Strömungsrichtung
des Luftmassenstromes QLM liegt der erste
Heiztemperatursensor 7, der bevorzugt als Leiterbahn am
Sensorelement ausgebildet ist, stromauf in Bezug auf die Strömungsrichtung,
während
der zweite Heiztemperatursensor 8, der ebenfalls als Leiterbahn
ausgebildet ist, stromab der Heizzone 36 liegt. Das Membranmaterial 5,
auf welchem die als Leiterbahnen ausgebildeten ersten und zweiten
Temperatursensoren 7 und 8 sowie der Heizwiderstand angeordnet
sind, ist im Bereich dieser bestrombaren Komponenten in einer reduzierten
Materialstärke,
einen Frei raum 3 begrenzend, ausgebildet. Am ersten Auflager 17 und
am zweiten Auflager 18 hingegen weist das Membranmaterial 5 eine
höhere
Materialstärke
auf. Die durch den ersten Temperatursensor 7 erfaßbare Temperatur
ist mit T1 bezeichnet; die durch den zweiten
Heiztemperatursensor 8, der stromab des Heizwiderstandes 6 angeordnet
ist, erfaßbare Temperatur
mit T2.Above the in 2 reproduced representation of the substantially tubular intake tract 30 the internal combustion engine is the measuring element 1 reproduced on a considerably enlarged scale. With reference number 36 is the heating zone designated between a first heating temperature sensor 7 and another heating temperature sensor 8th lies. With regard to the flow direction of the air mass flow Q LM is the first heating temperature sensor 7 , which is preferably formed as a conductor on the sensor element, upstream with respect to the flow direction, while the second heating temperature sensor 8th , which is also designed as a conductor, downstream of the heating zone 36 lies. The membrane material 5 on which the first and second temperature sensors designed as strip conductors 7 and 8th As well as the heating resistor are arranged in the region of these energizable components in a reduced material thickness, a free space 3 limiting, educated. At the first support 17 and at the second support 18 whereas, the membrane material has 5 a higher material thickness. The through the first temperature sensor 7 detectable temperature is designated T 1 ; through the second heating temperature sensor 8th , the downstream of the heating resistor 6 is arranged, detectable temperature with T 2 .
3 sind die Bestromungsintervalle
sowie die Bestromungspausen eines oder mehrerer, im Meßelement
ausgebildeter Heizelemente dargestellt. 3 are the Bestromungsintervalle and the energizing breaks one or more, formed in the measuring element heating elements shown.
Der
Bestromungsverlauf ist über
der Zeitachse aufgetragen. Eine Bestromung des Heizwiderstandes 6 des
Meßelementes 1 erfolgt
während
eines Bestromungsintervalles 40, welches eine zeitliche
Dauer 41 aufweist. Die Heizdauer des Heizelementes 6 während einer
Bestromungsphase 40 beträgt beispielsweise 40 Millisekunden.
An die Bestromungsphase 40 schließt sich eine Bestromungspause
an, die bevorzugt die doppelte Dauer der Bestromungsdauer aufweist.
Die Dauer der Bestromungspause ist durch Bezugszeichen 42 auf
der Zeitachse dargestellt. An das Abschaltintervall 42,
welches näherungsweise
dem doppelten Wert der Dauer 41 der Bestromungsphase 40 entspricht,
schließt
sich wiederum ein Bestromungsintervall 40 an, dessen Dauer 41 etwa
40 Millisekunden beträgt.
Danach folgt wiederum ein Abschaltintervall von doppelter Dauer 42, verglichen
mit der Dauer 41 des Bestromungsintervalles. Während der
Bestromungsintervalle 40, während der der Heizwiderstand 6 des
Meßelementes 1 bestromt
wird, liegt an diesen ein mit Bezugszeichen 43 identifiziertes
Bestromungsniveau an. Dieses ist über alle Bestromungsphasen 40 gesehen
identisch.The current flow is plotted over the time axis. An energization of the heating resistor 6 of the measuring element 1 takes place during an energizing interval 40 , which is a time duration 41 having. The heating time of the heating element 6 during a lighting phase 40 is for example 40 milliseconds. To the energizing phase 40 joins a Bestromungspause, which preferably has twice the duration of Bestromungsdauer. The duration of the energization break is indicated by reference numbers 42 shown on the timeline. To the switch-off interval 42 , which is approximately twice the duration value 41 the energizing phase 40 corresponds, in turn closes an energization interval 40 whose duration 41 is about 40 milliseconds. This is followed by a turn-off interval of twice the duration 42 , compared with the duration 41 the energizing interval. During the energizing intervals 40 while the heating resistor 6 of the measuring element 1 is energized, this is a with reference numerals 43 identified current level. This is about all energization phases 40 identical.
Das
kurzzeitige, intervallweise Bestromen 41, 42 des
Heizwiderstandes 6 des Meßelementes 1 führt zu einer Übertemperatur
innerhalb der Heizzone 36 gegenüber der Umgebung von etwa 180°C. Dadurch
wird eine Temperaturschichtung eines einen Bypasskanal passierenden
Luftstroms 12 erreicht. Dadurch werden die in der Luft
vorhandenen Öltröpfchen bzw.
der in der Luft vorhandene Ölnebel
von dem intervallweise bestromten Heizwiderstand 6 wegtransportiert
bzw. vor dem Meßelement 1 verdampft.
Dadurch wird eine Ansaugung der in der Luft befindlichen Ölpartikel
auf die Oberfläche
des Meßelementes 1 bei
bislang üblicher,
längerer
ununterbrochener Bestromung des Heizwiderstandes 6 vermieden,
welche beim bisherigen Heißfilm-Luftmassen-Sensor
durch den beim Abschalten der Verbrennungskraftmaschine aktivierten
Steuergerätenachlauf
zwischen 1 und 30 Minuten erfolgte. Die sich bei längerer Bestromung
einstellenden Konvektionswirbel links und rechts neben dem bestrombaren
Heizwiderstand 6 treten bei einer periodischen, intervallweise
erfolgenden Bestromung 41, 42 des Heizwiderstandes 6 hingegen
nicht auf. Aufgrund der bei kontinuierlicher, längerer Bestromung sich einstellenden
Konvektionsspira len wurde die Verschmutzung der Oberfläche des
Meßelementes 1 eher
befördert. Eine
intervallweise erfolgende Bestromung 41, 42 des
Heizwiderstandes 6 innerhalb der Heizzone 36 des
Meßelementes 1 erfolgt
bis zur vollständigen Auskondensierung
der Öltröpfchen aus
der Luft in einem Zeitraum von 10 Minuten, beginnend unmittelbar
mit dem Ausschalten der Verbrennungskraftmaschine. Die Länge der
Abschaltintervalle 42 ergibt sich aus der Abkühldauer
des Heizwiderstandes 6 und somit dem Zeitpunkt, ab dem
eine vorhe- rige Bestromungsphase 40 die in der Luft enthaltenen Öltröpfchen nicht
mehr vom Heizwiderstand 6 bzw. der Oberfläche des
Meßelementes 1 fernhalten
kann. Die Dauer 42 des Abschaltintervalles zwischen den Bestromungsphasen 40 entspricht
in etwa dem doppelten Wert der Dauer 41 der Bestromungsphase 40. The short-term, intermittent energizing 41 . 42 of the heating resistor 6 of the measuring element 1 leads to an excess temperature within the heating zone 36 opposite the environment of about 180 ° C. As a result, a temperature stratification of an air flow passing through a bypass channel 12 reached. As a result, the oil droplets present in the air or the oil mist present in the air are affected by the heating resistor which is energized at intervals 6 wegtransportiert or before the measuring element 1 evaporated. As a result, an intake of the airborne oil particles on the surface of the measuring element 1 in hitherto usual, longer uninterrupted energization of the heating resistor 6 avoided, which took place in the previous hot-film air mass sensor by the activated when switching off the internal combustion engine Steuergerätachlauf between 1 and 30 minutes. The convection vortices that occur during prolonged energization are left and right next to the energized heating resistor 6 occur during a periodic, intermittent energization 41 . 42 of the heating resistor 6 not on. Due to the convection spirals, which set themselves up with continuous, longer energization, the contamination of the surface of the measuring element became 1 rather promoted. Intermittent energization 41 . 42 of the heating resistor 6 within the heating zone 36 of the measuring element 1 takes place until complete condensation of the oil droplets from the air in a period of 10 minutes, starting immediately with the switching off of the internal combustion engine. The length of the shutdown intervals 42 results from the cooling time of the heating resistor 6 and thus the time from which a previous energizing phase 40 the oil droplets contained in the air are no longer from the heating resistor 6 or the surface of the measuring element 1 can keep away. The duration 42 the switch-off interval between the energization phases 40 is about twice the duration value 41 the energizing phase 40 ,
Mit
dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren
läßt sich
mit wenig Aufwand die Kontamination der Oberfläche eines Meßelementes 1 durch Öl oder sonstige
in der Ansaugluft transportierten Partikel während der Abstellphase einer
Verbrennungskraftmaschine vermeiden. Dadurch wird eine aufgrund
einer Verschmutzung der dem Luftmassenstrom 12 QLM zugewandten Oberfläche des Meßelementes 1 und damit
eine unzulässige
Kennliniendrift des Meßelementes 1 vermieden.With the proposed method according to the invention can be with little effort, the contamination of the surface of a measuring element 1 Avoid oil or other particles transported in the intake air during the shutdown phase of an internal combustion engine. This will cause a pollution of the air mass flow 12 Q LM facing surface of the measuring element 1 and thus an impermissible characteristic drift of the measuring element 1 avoided.
-
11
-
Meßelement
(mittlerer Flächenbereichmeasuring element
(middle surface area
-
-
Membran)Membrane)
-
22
-
Montageaufnahme
für den
Meßchipmounting seat
for the
measuring chip
-
33
-
Freiraumfree space
-
44
-
Oberflächennormalesurface normal
-
55
-
Membranmaterialmembrane material
-
66
-
Heizwiderstandheating resistor
-
77
-
erster
Heiztemperatursensor (Leiterbahn)first
Heating temperature sensor (trace)
-
88th
-
zweiter
Heiztemperatursensor (Leiterbahn)second
Heating temperature sensor (trace)
-
99
-
LufttemperatursensorAir temperature sensor
-
1010
-
Temperatursensor
stromauf (Leiterbahn)temperature sensor
upstream (trace)
-
1111
-
Temperatursensor
stromab (Leiterbahn)temperature sensor
downstream (trace)
-
1212
-
Luftmassenstrom
(QLM)Air mass flow (Q LM )
-
ss
-
Meßortmeasurement location
-
tt
-
Temperaturverlauftemperature curve
-
1515
-
erste
Materialstärke
Membranmaterial 5 first material thickness membrane material 5
-
1616
-
optionale
weitere Materialstärke
Membranmaterial 5 optional further material thickness membrane material 5
-
1717
-
erstes
Auflagerfirst
In stock
-
1818
-
zweites
Auflagersecond
In stock
-
1919
-
Beschleunigungsrichtungacceleration direction
-
2020
-
Steuergerätcontrol unit
-
2121
-
Ein-/AusschaltungOn / off
-
22a22a
-
sensoreigene
Schaltung auf Membranmaterialsensor own
Circuit on membrane material
-
22b22b
-
abgesetzte,
sensoreigene Schaltungstepped
sensor's own circuit
-
2323
-
Spannungsmodulatorvoltage modulator
-
2424
-
Frequenzmodulatorfrequency modulator
-
2525
-
Spannungsversorgungpower supply
-
2626
-
Meßchipmeasuring chip
-
3030
-
Ansaugtraktintake system
-
3131
-
Heißfilm-Luftmassen-MesserHot-film air mass meter
-
3232
-
Luftumströmung Meßelement 1 Air flow measuring element 1
-
3333
-
Gitterstrukturlattice structure
-
3434
-
Anströmseiteinflow
-
3535
-
Abströmseiteoutflow
-
3636
-
Heizzoneheating zone
-
4040
-
BestromungsintervallBestromungsintervall
-
4141
-
Dauer
Bestromungsintervallduration
Bestromungsintervall
-
4242
-
Dauer
Abschaltintervallduration
Switch-off
-
4343
-
HeizstromstärkeHeater current
